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La población se ha llamado La Cistérniga, La Cestérniga, La Cestiérniga y Aldea y Arrabal de Valladolid, según los documentos escritos desde la Edad Media. Lo más probable es que el nombre derive de «cisterna», un depósito, generalmente subterráneo, donde se recoge agua, es decir, un aljibe. Encaja con el terreno: la parte baja y llana del pueblo, al sur, recoge las aguas que vierten los páramos, cerros y laderas del este, y en el pasado fue una zona de mucha humedad.
Los restos más antiguos del municipio se encontraron en el cerro de La Calderona y pertenecen a la Edad del Cobre y los inicios de la del Bronce; hoy están en el museo provincial. Las tierras estuvieron sometidas a los vacceos desde el siglo IV a. C. hasta el 220 a. C., fecha en que Aníbal conquistó las ciudades vacceas. La Cistérniga surgió a ambos lados de un tramo de la Cañada Real de Soria, que formaba parte de la antigua calzada romana de Valladolid a Tudela de Duero.